RLC串联动态电路是电路课程和电路实验教学的重要组成部分。由于Matlab该软件具有强大的数值操作、符号操作和绘图功能,以及丰富的库函数、工具箱和模拟模块,广泛应用于动态电路分析和模拟,集数值分析、矩阵操作、信号处理和图形显示于一体,构成了一个方便、友好的界面用户环境,其强大的数值计算功能基于向量、数组和矩阵,输出结果易于可视化。这两个特点为电路模拟分析提供了合适的语言平台。Simulink是Matlab它是动态系统建模、模拟和综合分析的重要组成部分之一。在该环境中,无需书写大量的程序,只要通过简单直观的鼠标操作,就可以构造出复杂的仿真系统,从而提高了工作效率。
1 RLC动态电路串联
RLC串联动态电路如图1所示。其中,输入电压为电源电压us(t),电容端电压作为输出电压uc(t)。
2 Simulink仿真模型
根据RLC串联电路的微分方程,输入Simulink命令结束后,打开系统模型库,直接将所需的模块添加到新模型窗口中,通过模块连接RLC串联电路的模拟模型如图2所示。其中,Step模块:设置Step TIme为0;Gain模块:设置增益为1/LC;Gain1模块:设置增益为1/LC;Gain3模块:设置增益为R/C;Sum模块:设置List of signs为 --;To Workspace模块:将数据写入工作空间的变量,配合Matlab绘图命令,绘制响应曲线,其中Variable name为tout(输出变量名),Save format为Array。
在Matlab命令窗口输入R,L,C赋值句,赋值后操作模型,双击Scope模块或用To Workspaee模块将数据写入工作空间的变量。Matlab绘图命令可获得单位阶跃响应曲线。
3 模拟实验和结果
(1)无阻尼
在Matlab命令窗口输入R,L,C赋值句:当
,单位阶跃响应曲线如图3所示。
从图3可以看出,当时的阶跃响应是等幅振荡曲线。
(2)欠阻尼
在Matlab命令窗口输入R,L,C赋值句:当
运行阶跃响应曲线如图4所示。
从图4可以看出,当时的阶跃响应是减幅振荡曲线。
(3)临界阻尼
在Matlab命令窗口输入R,L,C的赋值语句:当
单位阶跃响应曲线如图5所示。
从图5可以看出,当时的阶跃响应是一个非周期过程,没有振荡性质,是一条单调的上升曲线。
(4)过阻尼
在Matlab命令窗口输入R,L,C赋值句:当R=5 000 Ω,L=1 H,C=100e-6 F运行模拟模型时,可获得单位阶跃响应曲线如图6所示。从图6可以看出,其阶跃响应也是单调的上升曲线,但其上升斜率比临界阻尼慢。综上所述,通过建立RLC串联电路的Simulink模拟模型改变R,L,C的值,以得到不同状态下单位阶跃响应曲线。由此可见,参数选择适中,可兼顾系统的稳定性和快速性。
4 结语
用Matlab提供的Simulink用鼠标拖拉模块图标进行建模、仿真、建模,其模型生成直观、简单,也可随时更改参数,并使用Scope随时观察仿真波形,使仿真更加实时直观。本文基于Sireulink建立了RLC通过改变串联动态电路模拟模型R,L,C在不同状态下获得单位阶跃响应曲线。从以上分析可以看出,考虑到系统的稳定性和快速性,适度选择参数,显示出方便灵活的动态仿真效果。